CopyOnWriteArrayList简单讲解

前言

CopyOnWriteArrayList这是一个ArrayList的线程安全的变体，其原理大概可以通俗的理解为:初始化的时候只有一个容器，很常一段时间，这个容器数据、数量等没有发生变化的时候，大家(多个线程)，都是读取(假设这段时间里只发生读取的操作)同一个容器中的数据，所以这样大家读到的数据都是唯一、一致、安全的，但是后来有人往里面增加了一个数据，这个时候CopyOnWriteArrayList 底层实现添加的原理是先copy出一个容器(可以简称副本)，再往新的容器里添加这个新的数据，最后把新的容器的引用地址赋值给了之前那个旧的的容器地址，但是在添加这个数据的期间，其他线程如果要去读取数据，仍然是读取到旧的容器里的数据。

原理

CopyOnWriteArrayList是一个线程安全的ArrayList

如果一段并发程序，读操作明显多于写操作的话，那么使用CopyOnWriteArrayList的性能会比Vector更高

CopyOnWriteArrayList的实现原理就是读写分离，它对所有的写操作都使用ReentrantLock来加锁，对所有的读操作都不加锁，那它是怎么保证线程安全性问题的呢？

CopyOnWriteArrayList在写操作的时候，都会将list中的数组copy一份作为缓存，然后对该缓存中的数组进行操作（此时若有其他线程过来读的话，那么该线程读的还是原先没有被修改过的数组，若有其他线程过来写的话，那么该线程会因为ReentrantLock的原因被锁在外面。），操作完毕后再将list中的数组地址引用指向修改后的新数组地址。

由CopyOnWriteArrayList的原理我们可以看出，我们每次往list里面写数据的时候，数组都需要重新copy一份，所以CopyOnWriteArrayList不需要实现像ArrayList一样的扩容机制，初始创建时让list中的数组长度为0，我们每次add元素的时候，只需要对新数组长度进行加1操作即可，所以CopyOnWriteArrayList实现起来相对还是比ArrayList简单的。
添加的逻辑很简单，先将原容器copy一份，然后在新副本上执行写操作，之后再切换引用。当然此过程是要加锁的。

public boolean add(E e) {
        //ReentrantLock加锁，保证线程安全
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            //拷贝原容器，长度为原容器长度加一
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            //在新副本上执行添加操作
            newElements[len] = e;
            //将原容器引用指向新副本
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            //解锁
            lock.unlock();
        }
    }

删除操作同理，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，然后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操作，需要加锁。

public E remove(int index) {
        //加锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            E oldValue = get(elements, index);
            int numMoved = len - index - 1;
            if (numMoved == 0)
                //如果要删除的是列表末端数据，拷贝前len-1个数据到新副本上，再切换引用
                setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
            else {
                //否则，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，并切换引用
                Object[] newElements = new Object[len - 1];
                System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                                 numMoved);
                setArray(newElements);
            }
            return oldValue;
        } finally {
            //解锁
            lock.unlock();
        }
    }

读取操作没有任何同步控制和锁操作，理由就是内部数组 array 不会发生修改，只会被另外一个 array 替换，因此可以保证数据安全。

    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    private transient volatile Object[] array;

    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

    final Object[] getArray() {
        return array;
    }